臺灣博碩士論文加值系統

中文摘要

近年來，由於用地取得困難及為避免可能工業污染而引起無謂之環保抗爭問題，政府致力推動濱海工業區之設置，如彰濱工業區、麥寮工業區等。然而，此種位於工業區之鋼筋混凝土構造物極易受工業所排放之廢氣而提高空氣中二氧化碳的濃度，及臨海所需面對之海風夾雜大量氯離子之污染問題而加速鋼筋的腐蝕現象。
鋼筋混凝土受鹽害作用或碳化作用後，均會造成鋼筋的腐蝕，進而影響結構物安全。本研究係針對不同水泥類型之混凝土(一型、二型、高鋁水泥)探討其在鹽害與中性化同時作用下對於力學、物理以及鋼筋腐蝕行為的影響。量測指標主要包括抗壓強度試驗、吸水率試驗、氯離子含量、開路電位及腐蝕速率。研究結果顯示，未碳化試體，由於不同類型的混凝土，造成不同的腐蝕速率，其中以二型水泥混凝土的腐蝕速率最大，一型水泥混凝土次之，高鋁水泥混凝土最小，其原因係水泥中鋁酸三鈣(C3A)的含量對氯離子產生束縛作用，可使鋼筋的腐蝕影響程度減少。純碳化的試體，在碳化的初期，其開路電位趨向於鈍態化，當碳化至某一深度後，則開始趨向活性化。對於含鹽試體而言，當碳化深度當碳化深度到達鋼筋表面時，腐蝕速率則明顯增加。
關鍵字:鋼筋腐蝕、氯離子、碳化、腐蝕行為

Abstract

Due to the limited land and possible contamination from the industry, the government encourages the development of near-shore industrial park recently. However, the concentration of carbon dioxide in the air is higher than average due to the industrial pollution. In addition, the salty condition is encountered when a near-shore site is selected. Consequently, the reinforced structure unavoidably needs to face the simultaneous attacks from these two hazard sources, i.e., the carbonation and chloride ions. The study of the corrosion behavior of reinforced structure under the attacks of carbonation and chloride ions then becomes nontrivial.
In this study, we study the mechanical properties, physical properties and corrosion for a reinforced concrete member under the attacks of carbonation and chloride ions simultaneously. Three types of cement, type I, type II, and high-alumina cement, are considered. Compressive strengths, water permeability, chloride contents, open circuit potential and linearized DC corrosion rates are monitored. From the results, it is found that for the uncoarbonated specimens those made by type II cement has the highest corrosion rate, those made by type I cement is the next and those made by high-alumina cement has the lowest corrosion rate. The reasons for this order is due to the chloride binding capacity of C3A, and higher contents of C3A for sure can reduce more free chloride ions inside the concrete pore solution. For carbonated specimens without chloride ions, it is found that in the early stage of carbonation the open circuit potential tends toward the passive state since the carbonation will condense the microstructure of concrete such that the hazard materials become more difficult to approach the concrete-rebar interface. When the carbonation front reaches a definite depth, the open circuit potential becomes active. For the concrete specimens with chloride ions, when the carbonation front reaches the concrete-rebar surface, the corrosion rate significantly increases.
Keywords: corrosion of steel; chloride ion; carbonation; corrosion behavior

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1研究動機與目的 1
1-2研究範圍 2
1-3研究方法和流程 3
第二章 文獻回顧 5
2-1前言 5
2-2腐蝕機理 6
2-3混凝土中性化機理 9
2-3-1中性化原理 9
2-3-2混凝土中性化的影響因子與評估模式 11
2-3-3中性化對鋼筋混凝土的影響 14
2-4氯離子對鋼筋混凝土的影響 15
2-4-1混凝土中氯離子的來源及存在型態 15
2-4-2氯離子對鋼筋的影響 19
2-5中性化對含氯離子混凝土的影響 21
2-6直流極化法 22
第三章 實驗計畫 26
3-1實驗變數 26
3-2實驗材料 26
3-3試驗設備 32
3-4試體製作與試驗方法 37
3-4-1試體製作 37
3-4-2試驗方法 39
第四章 結果與分析 44
4-1前言 44
4-2化學性質 44
4-2-1中性化試驗 44
4-2-2氯離子含量試驗 48
4-3力學性質 53
4-3-1抗壓強度 53
4-4物理性質 59
4-4-1吸水率試驗 59
4-5電化學性質 62
4-5-1開路電位法 62
4-5-2直流極化法 70
4-6 SEM微觀分析 77
第五章 結論與建議 81
5-1結論 81
5-2建議 82
參考文獻 84
附錄
謝誌
個人簡歷
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 鋼筋混凝土腐蝕示意圖 8
圖2-2 二氧化碳擴散示意圖 11
圖2-3 鐵的簡易Pourbaux圖 15
圖2-4 氯離子在混凝土中存在的型態 19
圖2-5 pH值和氯離子濃度對於鋼筋腐蝕的影響 21
圖2-6 直流極化法配置圖 25
圖3-1 100噸萬能材料試驗機 32
圖3-2 加壓筒構造圖 33
圖3-3 加壓筒外觀圖 34
圖3-4 離子自動滴定儀 34
圖3-5 恆電位恆電流儀 35
圖3-6 掃描式電子顯微鏡 36
圖3-7 試體準備圖 38
圖3-8 開路電位法配置圖 42
圖4-1 砂漿之碳化深度與加壓時間關係圖 47
圖4-2 混凝土之碳化深度與加壓時間關係圖 47
圖4-3 中性化組一型水泥氯離子含量 51
圖4-4 中性化組二型水泥氯離子含量 51
圖4-5 中性化組高鋁水泥氯離子含量 52
圖4-6 中性化過程孔隙水移動示意圖 52
圖4-7 砂漿之抗壓強度成長圖 56
圖4-8 混凝土之抗壓強度成長圖 56
圖4-9 中性化後砂漿之抗壓強度(MPa) 58
圖4-10 中性化後混凝土之抗壓強度(MPa) 58
圖4-11 中性化後砂漿之吸水率 61
圖4-12 中性化後混凝土之吸水率 61
圖4-13 控制組砂漿之開路電位 68
圖4-14 中性化組砂漿之開路電位 68
圖4-15 控制組混凝土之開路電位 69
圖4-16 中性化組混凝土之開路電位 69
圖4-17 控制組混凝土之腐蝕速率 75
圖4-18 中性化組混凝土之腐蝕速率 75
圖4-19 控制組之一型混凝土 78
圖4-20 中性化組之一型混凝土 78
圖4-21 控制組之二型混凝土 79
圖4-22 中性化組之二型混凝土 79
圖4-23 控制組之高鋁混凝土 80
圖4-24 中性化組之高鋁混凝土 80


表目錄
表2-1 氯離子濃度相關規範 16
表2-2 各國對鋼筋混凝土構造物氯離子含量規定 17
表2-3 混凝土之腐蝕速率對照表 25
表3-1 試驗變數 26
表3-2 一型水泥化學成份 27
表3-3 二型水泥化學成份 27
表3-4 一型水泥物理性質 28
表3-5 二型水泥物理性質 28
表3-6 高鋁水泥化學成分 29
表3-7 水泥用途 29
表3-8 粗骨材之物理性質 30
表3-9 粗骨材篩分析 30
表3-10 細骨材物理性質 31
表3-11 細骨材篩分析 31
表3-12 混凝土配比 37
表3-13 砂漿配比 37
表3-14 鋼筋腐蝕的機率 42
表4-1 砂漿之碳化深度(mm) 46
表4-2 混凝土之碳化深度(mm) 46
表4-3 控制組氯離子含量(kg/m3) 50
表4-4 中性化組氯離子含量(kg/m3) 50
表4-5 砂漿之抗壓強度(MPa) 55
表4-6 混凝土之抗壓強度(MPa) 55
表4-7 中性化後砂漿之抗壓強度(MPa) 57
表4-8 中性化後混凝土之抗壓強度(MPa) 57
表4-9 砂漿之吸水率 60
表4-10 混凝土之吸水率 60
表4-11 控制組砂漿之開路電位(mV/SCE) 64
表4-12 中性化組砂漿之開路電位(mV/SCE) 65
表4-13 控制組混凝土之開路電位(mV/SCE) 66
表4-14 中性化組混凝土之開路電位(mV/SCE) 67
表4-15 控制組混凝土之腐蝕速率(mpy) 73
表4-16 中性化組混凝土之腐蝕速率(mpy) 74
表4-17 控制組混凝土電化學綜合評估 76
表4-18 中性化組混凝土電化學綜合評估 76

參考文獻
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